Dalam proses pembuatan semikonduktor yang presisi dan kompleks dari pengemasan wafer, tekanan termal bagaikan "perusak" yang tersembunyi dalam kegelapan, yang terus-menerus mengancam kualitas pengemasan dan kinerja chip. Dari perbedaan koefisien ekspansi termal antara chip dan bahan pengemasan hingga perubahan suhu yang drastis selama proses pengemasan, jalur pembangkitan tekanan termal beragam, tetapi semuanya mengarah pada hasil pengurangan laju hasil dan memengaruhi keandalan chip dalam jangka panjang. Basis granit, dengan sifat materialnya yang unik, diam-diam menjadi "asisten" yang kuat dalam menangani masalah tekanan termal.
Dilema tekanan termal dalam pengemasan wafer
Pengemasan wafer melibatkan kerja sama berbagai material. Chip biasanya terdiri dari material semikonduktor seperti silikon, sedangkan material pengemasan seperti material pengemasan plastik dan substrat memiliki kualitas yang bervariasi. Ketika suhu berubah selama proses pengemasan, material yang berbeda sangat bervariasi dalam tingkat ekspansi dan kontraksi termal karena perbedaan yang signifikan dalam koefisien ekspansi termal (CTE). Misalnya, koefisien ekspansi termal chip silikon sekitar 2,6×10⁻⁶/℃, sedangkan koefisien ekspansi termal material cetakan resin epoksi umum setinggi 15-20 ×10⁻⁶/℃. Kesenjangan yang besar ini menyebabkan tingkat penyusutan chip dan material pengemasan menjadi tidak sinkron selama tahap pendinginan setelah pengemasan, yang menghasilkan tekanan termal yang kuat pada antarmuka antara keduanya. Di bawah pengaruh tekanan termal yang terus-menerus, wafer dapat melengkung dan berubah bentuk. Dalam kasus yang parah, bahkan dapat menyebabkan cacat fatal seperti retakan chip, fraktur sambungan solder, dan delaminasi antarmuka, yang mengakibatkan kerusakan pada kinerja listrik chip dan pengurangan signifikan dalam masa pakainya. Menurut statistik industri, tingkat cacat pengemasan wafer yang disebabkan oleh masalah tekanan termal dapat mencapai 10% hingga 15%, menjadi faktor utama yang membatasi pengembangan industri semikonduktor yang efisien dan berkualitas tinggi.
Keunggulan karakteristik dasar granit
Koefisien ekspansi termal rendah: Granit sebagian besar tersusun dari kristal mineral seperti kuarsa dan feldspar, dan koefisien ekspansi termalnya sangat rendah, umumnya berkisar antara 0,6 hingga 5×10⁻⁶/℃, yang mendekati koefisien ekspansi termal kepingan silikon. Karakteristik ini memungkinkan selama pengoperasian peralatan pengemasan wafer, bahkan saat menghadapi fluktuasi suhu, perbedaan ekspansi termal antara alas granit dan kepingan serta bahan pengemasan berkurang secara signifikan. Misalnya, saat suhu berubah sebesar 10℃, variasi ukuran platform pengemasan yang dibangun di atas alas granit dapat dikurangi lebih dari 80% dibandingkan dengan alas logam tradisional, yang sangat mengurangi tekanan termal yang disebabkan oleh ekspansi dan kontraksi termal asinkron, dan menyediakan lingkungan penyangga yang lebih stabil untuk wafer.
Stabilitas termal yang sangat baik: Granit memiliki stabilitas termal yang luar biasa. Struktur internalnya padat, dan kristal-kristalnya terikat erat melalui ikatan ionik dan kovalen, yang memungkinkan konduksi panas yang lambat di dalamnya. Ketika peralatan pengemasan mengalami siklus suhu yang kompleks, dasar granit dapat secara efektif menekan pengaruh perubahan suhu pada dirinya sendiri dan mempertahankan medan suhu yang stabil. Eksperimen yang relevan menunjukkan bahwa di bawah laju perubahan suhu umum peralatan pengemasan (seperti ±5℃ per menit), deviasi keseragaman suhu permukaan dasar granit dapat dikontrol dalam ±0,1℃, menghindari fenomena konsentrasi tegangan termal yang disebabkan oleh perbedaan suhu lokal, memastikan bahwa wafer berada dalam lingkungan termal yang seragam dan stabil selama proses pengemasan, dan mengurangi sumber pembangkitan tegangan termal.
Kekakuan tinggi dan peredam getaran: Selama pengoperasian peralatan pengemasan wafer, komponen mekanis yang bergerak di dalamnya (seperti motor, perangkat transmisi, dll.) akan menghasilkan getaran. Jika getaran ini ditransmisikan ke wafer, getaran tersebut akan memperparah kerusakan yang disebabkan oleh tekanan termal pada wafer. Basis granit memiliki kekakuan tinggi dan kekerasan yang lebih tinggi daripada banyak bahan logam, yang secara efektif dapat menahan gangguan getaran eksternal. Sementara itu, struktur internalnya yang unik memberinya kinerja peredam getaran yang sangat baik dan memungkinkannya menghilangkan energi getaran dengan cepat. Data penelitian menunjukkan bahwa basis granit dapat mengurangi getaran frekuensi tinggi (100-1000Hz) yang dihasilkan oleh pengoperasian peralatan pengemasan hingga 60% hingga 80%, secara signifikan mengurangi efek kopling getaran dan tekanan termal, dan selanjutnya memastikan presisi tinggi dan keandalan tinggi pengemasan wafer.
Efek aplikasi praktis
Dalam lini produksi pengemasan wafer dari perusahaan manufaktur semikonduktor terkenal, setelah memperkenalkan peralatan pengemasan dengan basis granit, pencapaian luar biasa telah dibuat. Berdasarkan analisis data inspeksi 10.000 wafer setelah pengemasan, sebelum mengadopsi basis granit, tingkat cacat lengkungan wafer yang disebabkan oleh tekanan termal adalah 12%. Namun, setelah beralih ke basis granit, tingkat cacat turun tajam hingga 3%, dan tingkat hasil meningkat secara signifikan. Lebih jauh, uji keandalan jangka panjang telah menunjukkan bahwa setelah 1.000 siklus suhu tinggi (125℃) dan suhu rendah (-55℃), jumlah kegagalan sambungan solder chip berdasarkan paket basis granit telah berkurang hingga 70% dibandingkan dengan paket basis tradisional, dan stabilitas kinerja chip telah sangat ditingkatkan.
Seiring dengan kemajuan teknologi semikonduktor menuju presisi yang lebih tinggi dan ukuran yang lebih kecil, persyaratan untuk pengendalian tekanan termal dalam pengemasan wafer menjadi semakin ketat. Basis granit, dengan keunggulan komprehensifnya dalam koefisien ekspansi termal yang rendah, stabilitas termal, dan pengurangan getaran, telah menjadi pilihan utama untuk meningkatkan kualitas pengemasan wafer dan mengurangi dampak tekanan termal. Basis ini memainkan peran yang semakin penting dalam memastikan pembangunan berkelanjutan industri semikonduktor.
Waktu posting: 15-Mei-2025